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derabdruck aus:

ftemiflt to« Terfosser.

Mitteilungen der

Landwirtschaftlichen Institute

der Königliehen Universität Breslau.

Unter Mitwirkung von

Dr.F.Aereboe, Dr.F.Ahrens, Dr.Casper, Dr.F.Holdefleiss, Dr.C.Luedecke, Dr. Th. Pfeiffer,

Professor, Direktor des

Professor,

Direktor des Institutes für Wirtscliafts- landw. tecbuolog. lehre des Landbaues

Institutes

Professor, Direktor des Veterinär-Institutes

Professor,

Direktor d. Institutes für landw.

Tierpr o duktio nslehr e

Professor, Leiter des kultur-technischen Apparates

Professor, Direktor des agrik.-chem. u. bakteriologischen Institutes

herausgegeben von

Dr. K. von Rümker,

Professor, Direktor des Institutes für landwirtschaftliche Pflanzenproduktionslehre.

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Dritter Band. Heft V.

öffentlichen Arbeiten

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BERLIN.

Verlagsbuchhandlung Paul Parey.

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Verlag für Landwirtschaft, Gartenbau und Forstwesen.

SW., Hedemannstrasse 10.

1906.

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Das Verhältnis zwischen der JWenge des Niederschlages und des Sickerwassers

nach englischen Versuchen.

Von

Prof. Dr. C. Lue decke-Breslau. (Hierzu Taf. VI—X.)

Die Unentbehrlichkeit des Grund- und Quellwassers für die Ernährung von Menschen und Tieren, für häusliche Zwecke und zur Benutzung in der Industrie und Landwirtschaft hat schon früh Versuche veranlasst, die Menge desselben, die unter bestimmten Verhältnissen vorhanden ist, zu bestimmen und das Verhältnis zwischen der Menge des Niederschlags und der aus Quellen etc. abfliessenden Grundwassermenge festzustellen. Diese Versuche haben weit auseinanderliegende Resultate ergeben; ja man hat sogar behauptet — als der erste wohl der Geologe Volger —, dass der grösste Teil des Grundwassers nicht von dem Regen stamme, sondern durch Kondensation der Luftfeuchtigkeit an der Bodenoberfläche, in den Poren des Bodens und des tieferliegenden Gesteins entstehe.

Es ist selbstverständlich, dass in der Zeit, wo der Boden kälter ist als die Luft, durch Kondensation flüssiges Wasser entsteht, welches vom Boden aufgesogen wird; wenn ferner bei steigendem Barometer die in den Poren des Untergrundgesteins enthaltene Luft zusammengepresst wird, so tritt aus der Atmosphäre Luft und mit ihr Feuchtigkeit in die kühleren Schichten ein, wo die letztere teilweise niedergeschlagen werden kann. Dafür tritt aber auch bei sinkendem Barometer ein Teil der mit Feuchtigkeit mehr oder weniger gesättigten Bodenluft in die Atmosphäre und entführt dem Boden Wasser. Da in vielen Gegenden das Grundwasser gar nicht tief unter der Oberfläche steht, so ist überhaupt die Schicht, in welcher erheblicher Luftwechsel durch Bewegung stattfindet, nicht sehr stark und deshalb auch die durch Kondensation dem Boden aus der Luft einverleibte Wassermenge im Vergleich zu der durch den Regen dem Boden zugeführten unerheblich, auch wenn die in den Poren des Bodens stattfindende Taubildung verhältnismässig häufig eintreten sollte.

Unter mittleren Verhältnissen fiiesst ein Teil des Niederschlagswassers auf der Oberfläche des Bodens ab und gelangt so in die Bäche und Flüsse; ein anderer Teil dringt in die Poren des Bodens ein und bildet das Sickerwasser, Drain- und Grundwasser, während ein dritter Anteil durch Verdunstung der Atmosphäre direkt zurückerstattet wird. Die Verdunstung

41

Mitteilungen Breslau. III. Bd.

findet direkt ans dem Boden statt oder durch Vermittelung der Pflanzen, die durch ihre Wurzeln das Wasser aufnehmen und durch die Spaltöffnungen der Blätter etc. an die Atmosphäre wieder abgeben. Je kräftiger die Vegetation, um so stärker ist der aufsteigende Saftstrom und die Verdunstung der Blätter.

Will man das Verhältnis zwischen der Menge des Niederschlags- und des Sickerwassers bestimmen, so wird man am besten die Einrichtung so treffen, dass oberirdisch kein Wasser abfliessen kann; man misst ferner mit dem Regenmesser die Menge des Niederschlags und die durch eine Bodenschicht von bestimmter Mächtigkeit hindurchsickernde Wassermenge. Der Unterschied beider Messungsergebnisse stellt die scheinbar verdunstete Wassermenge dar. Um das wirklich verdunstete Wasser zu finden, müsste noch der Wassergehalt des Bodens am Anfang und am Ende des Versuchs ermittelt und entsprechend in Rechnung gestellt werden. Bei bebautem Boden ist, wie bekannt, die Verdunstung sehr viel grösser als bei Brachland. Je länger eine solche Versuchsreihe fortgesetzt wird, um so mehr nähert sich der Mittelwert der Beobachtungen dem durch die bestehenden Verhältnisse bedingten wirklichen Wert, ohne diesen jedoch zu erreichen.

Wir wollen zunächst die Rothamsted (bei Harpenden, 40 km von London) vonLawes und Gilbert 1870 begonnene und bis zur Gegenwart fortgesetzte Versuchsreihe benutzen, um den Gang der Sickerwasserbildung zu studieren. Die Versuchsanordnung ist in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben (z. B. On the amount and composition of the rain and drainage waters, London 1882). Von allen anderen ähnlichen unterscheidet sie sich wesentlich dadurch, dass der Boden in seiner natürlichen Lagerung verwendet ist; die Ackerkrume ist ziemlich schwerer Lehm (8 Zoll tief), darunter folgt bröckliger Ton (10" stark) und schliesslich fester Ton (1 Zoll = 2,54 cm). Regenmesser werden zwei verwendet; der eine ist ¹/₁₀₀₀ Acre (4,05 qm) gross, aus Glasplatten erbaut, so dass sein Rand mit den Rändern der Versuchsbeete gleichhoch liegt; der andere hat die gewöhnliche Form von 5" Durchmesser.

Der letztere Messer gibt den Regenfall geringer an als der grosse,

und zwar:

Mai Juni 7,7    7,3

im    Monat    .    .    .    Jan.    Febr.    März

.    .    12,6    12,7    17,4

im    Monat    .    .    .    Aug.    Septbr.    Oktbr.    Novbr.    Dezbr.

....    7,7    8,9    9,9    9,9    10,7    %,

im Jabre 9,8 % (Mittel 1853—80 70 mm zu wenig).

um.

um

Juli

6,3%,

Der Einfluss, welchen der Wind auf die im Regenmesser gefundene Niederschlagsmenge ausübt, ist bekannt; vor allem wird starker Schneefall im grossen Apparat sicherer gemessen als im kleinen. Ich habe deshalb nur die im grossen Regenmesser erhaltenen Resultate als die sichereren berücksichtigt.

Das Jahr ist stets vom 1. September bis 31. August gezählt. In den Jahren 1870—74 sind einzelne Wände der Lysimeter undicht gewesen und die Resultate deshalb unsicher; ich habe daher nur die Reihe 1875/76 bis 1899/1900 bearbeitet. Wollny hat in seiner Arbeit über die Sickerwassermengen in verschiedenen Bodenarten (Forschungen Bd. 11, 1888) die unrichtigen Werte mitbenutzt. Der geringste Regenfall in dieser Zeit ist 495 mm, der höchste 1040 mm, das Mittel 749 mm.

Eine alte Regel sagt, dass das nässeste Jahr doppelt so viel Niederschlag hat als das trockenste, ein sehr trocknes aber zwei Drittel des Mittels, was mit den Beobachtungen etwa übereinstimmt.

Die Verteilung des Regens ist dort eine andere als bei uns; es hat im Mittel der Winter (Septbr.—Febr.) 404 mm, der Sommer (März—Aug.) 345 mm. Der trockenste Monat ist der März mit 46 mm; dann wächst die Regenmenge bis zum August auf 72 mm, im September ist sie wieder etwas geringer und erreicht im Oktober und November mit 84 und 82 mm ihren höchsten Wert, um dann bis zum März wieder abzufallen. Schnee fällt nur wenig und schmilzt gewöhnlich auch bald wieder.

Obgleich die meteorologischen Beobachtungen nicht solche sind, die dem Fehlerwahrscheinlichkeitsgesetz auch nur annähernd entsprechen, so ist es doch üblich geworden, zur Bezeichnung der Genauigkeit der erlangten Mittelwerte ihren wahrscheinlichen Fehler zu berechnen. Es sei deshalb angeführt, dass der wahrscheinliche Fehler des Niederschlags des Jahresmittels für den Zeitraum 1875—1900 r = + 19 mm oder 2,5 °/₀ der Regenhöhe, von einzelnen Monaten für Oktober + 6 mm = 7 °/₀, Januar + 4 mm = + 6 °/₀, Mai + 4 mm = + 8 °/₀, August + 5 mm = + 7 °/₀ und für den Winter = + 15 mm = + 3,7 %, Sommer = + 11 mm = + 3,2 °/0 beträgt. Es sei hier noch erläuternd bemerkt, dass die ganzen ausserordentlich ausgedehnten Rechnungen alle mit englischem Zoll-Mafs ausgeführt und nur die Resultate in Zentimeter und Millimeter umgerechnet sind.

Die Menge des Sickerwassers hängt ab von der Grösse und der Verteilung der Niederschläge, von den physikalischen Eigenschaften des Bodens und der Grösse der Verdunstung. Dr. Eser hat unter Wollnys Leitung durch eingehende Versuche mit kleinen Lysimetern den Einfluss der einzelnen Faktoren auf die Grösse der Verdunstung ermittelt (Wollny, Forschungen Bd. VH, 1884).

In Rothamsted hat man drei Parzellen von je 0,001 Acre Grösse (4,05 qm) im gewachsenen Lehm ringsum freigegraben, mit wasserdichten Mauern umgeben und in einer Tiefe von 20" (= 51 cm), 40" (= 101 cm) und 60" (= 152 cm) unterfahren, so dass die Erdmasse festlag, und das durch sie hindurchsickernde Wasser aufgefangen und gemessen werden konnte. Die Oberfläche blieb stets unbebaut, nur die Unkräuter wurden zerstört. Die Monatssummen des Sickerwassers und Regenfalls 1870 bis 1899 sind abgedruckt: Quarterly Journal of the Royal Meteoro-logical Society Vol. XXVI No. 114 April 1900, by Rob. H. Scott.

Zunächst ist es nötig, den Vorgang der Siekerwasserbildung etwas näher zu betrachten. Jeder feste Boden oder Untergrund ist von einer mehr oder weniger grossen Zahl von Löchern (Trockenrissen, Regenwurmgängen, Wurzelröhrchen) durchzogen. (In dem Trichter des Lysimeters

41*

von 20" hat man öfter Regen wärmer gefunden, in denen von 40" und 60" nur selten.) Das Sickerwasser gelangt deshalb auf zwei verschiedenen Wegen von der Oberfläche in den Untergrund: 1. indem es durch die grösseren Spalten etc. hindurchfliesst, was verhältnismässig schnell vonstatten geht, und 2. indem es sich durch die kleinen Hohlräume bewegt, was wesentlich länger dauert. Die erste Welle des Sickerwassers, welche den Boden schnell passiert, nimmt deshalb aus diesem auch weniger Salze auf als die zweite, die langsamer fliesst und mit den Bodenteilchen in längere und innigere Berührung kommt. Lawes und Gilbert haben dies durch chemische Untersuchung bestätigt. Auf Taf. VI, Fig. 1 ist für die einzelnen Tage des Monats April 1879 die Grösse des Regenfalls und Sickerwassers und der Gehalt des letzteren an Stickstoff in Milligrammen im Liter dargestellt. Es geht daraus hervor: Wenn bald nach Beginn des Regens das Sickerwasser untersucht wird, so enthält es meist wenig Nitrate (erste Welle durch die Spalten sich bewegend); das Maximum des Stickstoffgehaltes wird meist erst erreicht, wenn der Regen aufgehört hat und der Boden mit Wasser gesättigt ist (zweite Welle, welche sich durch die engeren Hohlräume bewegt, dazwischen Mischwasser aus beiden). Bei Böden von verschiedener physikalischer Beschaffenheit sind diese Anteile verschieden gross; in leichten Böden werden die Wurmröhren nur wenig Bedeutung haben, in schweren Böden dagegen, welche das Wasser langsam aufnehmen und noch langsamer in die Tiefe leiten, haben die Wurmröhren, Trockenrisse etc. grosse Bedeutung; durch diese Kanäle fliesst das Wasser schon ab, ehe noch der Boden mit Wasser gesättigt ist, vor allem, wenn der Regen sehr schnell und massig fällt (grosse Regendichte), und das Wasser sich an der Oberfläche anhäuft. Wenn der Regen auf hört, beginnt sofort die Verdunstung an der Oberfläche, welche dann später auch das Wasser aus den tieferen Schichten wieder nach oben saugen kann und dadurch die Menge des Sickerwassers verringert.

Man könnte erwarten, dass Böden von verschiedener Tiefe (Lysimeter von 20", 40", 60" Tiefe) sich merklich verschieden verhielten. Das ist aber nach den Versuchen nicht der Fall, wie die Tabellen deutlich zeigen werden; es betrugen die Sickerwassermengen im Mittel von 25 Jahren bei 20", 40" und 60" Tiefe:

Sickerwasser in Millimetern

ZO

oo •

Sickerwasser in Prozenten des Regens

bei

bei

bei

bei

bei

bei

20" Tiefe

40" Tiefe

60" Tiefe

20" Tiefe

40" Tiefe

60" Tiefe

Mittel 25 Jahre . . . „    25    Winter .    .

,,    25    Sommer . .

376

399

376

50

54

50

275

292

275

68

72

68

101

107

101

29

31

28

Der Boden in dem 40"-Lysimeter ist etwas durchlässiger als der der beiden anderen, was auch durch vielfältige andere Beobachtungen bestätigt wird; der Lysimeter von 20" liefert genau dieselbe Sickerwassermenge wie der von 60" Tiefe.

Grösse der Versickerung.

Der Boden wurde, wie schon erwähnt, nur leicht behackt, um das Unkraut zu zerstören.

Taf. VII, Fig. 2 stellt die Grösse des Niederschlags der Versickerung und scheinbaren Verdunstung für die ganzen Jahre (vom 1. Septbr. bis 31. Aug. gerechnet) der Beobachtungszeit dar, während in Fig. 3 die Beobachtungen für die Wintermonate (Septbr.—Febr.) und die Sommermonate (März—Aug.) getrennt dargestellt sind.

Da die Winter in Rothamsted milde sind, und eine Aufspeicherung des Niederschlags in Form von Eis und Schnee, wie bei uns, wo der Schnee mitunter bis tief in den März liegen bleibt, nicht stattfindet, so kann auch eine Übertragung von Niederschlag und Sickerwasser aus dem AVinter in den Sommer hinein nicht eintreten.

Auf Taf. VI, Fig. 4 sind die Mittelwerte des Regenfalls, der Versickerung und Verdunstung für die einzelnen Monate dargestellt.

Die folgende Tabelle gibt die hauptsächlichsten Werte für den Lysi-meter von 60".

(Siehe die Tabelle I auf S. 620.)

Danach versickert im Jahresdurchschnitt von dem 749 mm betragenden Niederschlag fast genau die Hälfte, während die andere Hälfte verdunstet. Von dem grösseren Niederschlag des Winters (404 mm) versickern im Mittel 68 °/o un(l verdunsten 32%, während im Sommer (345 mm) nur 29% versickern und 71 % verdunsten. Im Vergleich zum Winter ist hier die Bezeichnung der Werte vertauscht.

Die in der Tabelle folgende Zusammenstellung enthält die Mittel aus je fünf Jahren. Trotzdem hier die Regenhöhen ziemlich stark schwanken, differiert die prozentische Versickerung und Verdunstung doch nur höchstens um 2 % mehr oder weniger. Auch für Sommer und Winter finden sich die Werte für die Versickerung und Verdunstung vertauscht wieder, nur sind hier die Schwankungen grösser. Die Schwankungen für die einzelnen Jahre sind natürlich viel grösser.

Es beträgt in den Jahren:

Jahr:

Regen

höhe

mm

Versickerung

Verdunstung

mm

°/o

mm

°/o

Minimum 1897/98 1879/80 Maximum 1896/97

iQ 03 iO

165

165

579

{Verhältnis: Minimum: Maximum = 1: 3,50

33

31

61

tH

O ^ CO

CO D- O H

CO CO CO ..

67

69

39

Im Winter:

Minimum 1879/80 1877/78 Maximum 1896/97

230

250

582

118

51

49

120

479

Verhältnis: Minimum : Maximum = 1:4,0 Im Sommer:

Minimum 1892/93 Maximum 1877/78

210

605

48

82

tH

52

18

14

287

47

196

318

93

53

September Oktober . November Dezember Januar Februar . März .    .

April .    .

Mai.    .    .

Juni .    .

Juli. . . August .

Durchschnitt

Monat:

05    ^05Üi0i0i^Üi0i05C»(K05

CO CO 05 05 OO CO 05 OO 05 OO CO hR 05

Regen

höhe

mm

OO HKMKh*CO^OiCnCn^K) fc* t-¹ ^lOiOOÜ'Ü'Ü'WHOOOOCCOO Rj

C+-*

mm

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p

CJ1 COCOCOCOOOC^-OCDGO-vltnOO O ^COOO^lK^CDOKI^OSOi CO

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G< ^3^]<I<105^MHHC0^05 O 05GD^OOCDDH00005^0i

1875/76—1879/80 . 1880/81—1884/85 . 1885/86—1889/90 . 1890/91—1894/95 . 1895/96—1899/1900

353

409

CnCn^CJ'^ O H CO M CO

344

337

371

05

429

in den Jahrfünften:

1875/76—1899/1900 .    .

Jahr:

CD

oo

05

oo

00

Durchschnitt yon 25 Jahren:

mm

mm

Regen

höhe

I 0/‘

mm

ü< R. cn vR Cn

O CO H CO H

►t-

°l 0

Sickerwasser | Verdunstung in einer Tiefe yon 60"

Regen

höhe

mm

Tabelle I.

Sickerwasser

°/o

IO

Sickerwasser

o<

| Verdunstung in einer Tiefe von 60" mm

I 0/°

°/o

71

72

64

68

65

Winter:

I 89 I

Winter:

»—*■ *—*• »—»• J—^ l—^

p o to ^ ^ Cn üo

CD CD -J

to to oo oo oo

CD 00 05 CO O*

1-^ M-05 00 CO 00 OO H CO <1 05 <1

21

28

35

26

33

Sommer:

CO

CD

mm

00

to

00

o<

I—¹

I 29    |

Sommer:

°/o

Verdunstung

Regen

höhe

mm

mm

°/o

Sickerwasser

•3 *3 05 <1 05 CO M O' ^ ^1

244 |    71

mm

°/o

Verdunstung

Hieraus geht hervor, dass die Grösse der Verdunstung unter den verschiedensten Verhältnissen nur sehr wenig schwankt, wie auch Taf. VII, Fig. 2 und 3 deutlich zeigt; sie ist unter den drei voneinander abhängigen Grössen Regenfall, Sickerwasser und Verdunstung die Konstante, und es wäre deshalb sehr wünschenswert, dass, wenn etwa wieder ähnliche Versuche eingerichtet werden, man die Einrichtung so trifft, dass die verdunstete Wassermenge direkt bestimmt wird, wie dies auch schon bei amerikanischen Versuchen geschehen ist. Bei der Rothamsteder Versuchseinrichtung ermittelt man nur die Grösse der scheinbaren Verdunstung, indem, wie schon erwähnt, die Schwankungen der Bodenfeuchtigkeit unberücksichtigt bleiben. Im langjährigen Mittel muss dieser Einfluss verschwinden, aber das Resultat der einzelnen Monate kann sehr dadurch getrübt werden.

Gar nicht berücksichtigen kann man die verschiedene Verteilung des Regens; grosse Regenmengen in wenigen Tagen geben grössere Sickerwassermengen und weniger verdunstetes Wasser, als wenn dieselbe Niederschlagsmenge auf den ganzen Monat gleichmässig verteilt gewesen wäre. Die Unregelmässigkeiten, die hierdurch hervorgerufen werden, sind aber in dem Rothamsteder schweren Boden in natürlicher Lagerung viel kleiner als in lose eingefülltem oder durchlässigem Boden.

Die Fig. 2 und 3 stellen auch dar, wie weit die Verdunstung in einzelnen Jahren von dem Mittelwerte abweicht; nicht zum geringsten wird die Konstanz der Verdunstung bedingt durch die Erscheinung, dass starker Regen, grosse Hitze und geringe Luftfeuchtigkeit wohl nie Zusammentreffen, sondern sich zum Teil gegenseitig ausschliessen. In nasser Zeit ist es gewöhnlich kälter, während in warmer und regenärmerer Zeit die obere, ausgetrocknete Bodenschicht die tieferliegende, verdunstende Wasserfläche schützt.

Aus dem Vorstehenden folgt der Schluss: Das Sickerwasser ist der Überschuss des Regenfalls über die Verdunstung. Hierdurch wird zugleich das starke Schwanken der Sickermassermenge erklärt.

Wie schon oben erwähnt, übt die Bodentiefe auf die Grösse der Verdunstung und die des Sickerwassers keinen Einfluss aus.

Auf Taf. VI, Fig. 4 und Tabelle I sind die Monatsmittel des Regenfalls, des Sickerwassers und der verdunsteten Wassermenge absolut und relativ angegeben.

Während der Sommermonate, von März an bis Ende September, bildet sich selbst bei Brachland im Mittel nur wenig Sickerwasser; die Verdunstung ist eben in dieser Zeit zu gross. Je weniger hoch die Sonne am Himmel steigt, um so mehr entsteht Sickerwasser, absolut am meisten im November (58 mm) und relativ am meisten im Januar (90%); die Verdunstung wird hier ein Minimum von 10%, während ihr Maximum in den Monaten Juni bis August liegt, wo 76—80 % der Regenmenge verdunsten (43—55 mm).

Die Unsicherheit der Resultate ist bei den Monatswerten grösser als bei denen für die Jahre und Halbjahre; für die Sommermonate ist die Un-

Sicherheit besonders gross, weil hier mitunter der Regenfall gar nicht ausreicht, die verdunstende Wassermenge zu decken, und der fehlende Rest aus dem Bodenvorrat entnommen wird, was aber in den Messungsresultaten des Sickerwassers nicht zum Ausdruck kommt. Es ist daher in diesen Fällen die Verdunstung zu klein gefunden. Im Winter, wenn sich der Boden mehr und mehr mit Wasser sättigt, ist sie vielleicht etwas zu gross, weil dann ein Teil des Regenwassers im Boden aufgespeichert ist.

Die Verdunstung wird auch nicht richtig gefunden, wenn ein starker Regen gegen Ende des Monats fällt, dessen Sickerwasser erst teilweise im folgenden Monat erscheint, oder wenn starker Frost gegen Ende des Monats herrscht. Diese beiden Fälle sind in den Jahren 1870—97 im ganzen 12 mal eingetreten.

So wie oben die wahrscheinlichen Fehler der Mittel der Regenbeobachtungen aufgeführt sind, seien hier auch noch die der Sickerwassermessungen angegeben.

Der wahrscheinliche Fehler des Sickerwassers beträgt für das Jahresmittel r = +15 mm oder 4 % der ganzen Menge, für den Monat Mai + 2 mm = 16%, August + 3 mm = 19%, Oktober + 6 mm = 12%, Januar + 4 mm = 8 %, für den Winter + 14 mm = 5 %, Sommer + 7 mm

= 7%-

Soweit hätten wir versucht, aus den Mittelzahlen das Gesetz der Sickerwasserbildung zu ermitteln. Es kann das uns aber nicht genügen, denn das Mittel ist eine durch Rechnung gewonnene Grösse, die in der Natur nur ganz ausnahmsweise beobachtet werden wird. Der mittlere jährliche Regenfall von 749 mm ist in den 25 Jahren nur einmal beobachtet, ein zweiter Wert liegt noch dicht dabei, die nächstfolgenden liegen aber schon um 12—15 mm davon entfernt; ferner beträgt die in diesen Jahren beobachtete Sickerwassermenge auch nicht 50%, wie im Mittel, sondern weicht um mehrere Prozente davon nach oben und unten ab. Je weiter die Regenhöhe vom Mittel abweicht, um so grösser wird auch im allgemeinen die Abweichung vom Betrage der Sickerwassermenge. Es handelt sich also jetzt noch darum, festzustellen, in welchem Verhältnis sich die Sickerwassermenge ändert, wenn der Regenfall um einen gewissen Betrag vom Mittel abweicht, oder allgemein: wie lässt sich das Verhältnis des Niederschlags zum Sickerwasser mathematisch formulieren?

Auf Taf. VI, Fig. 5 sind als Abszissen auf der wagerechten Achse die Regenhöhen der einzelnen Jahre und auf der senkrechten Achse die dazugehörigen Sickerwassermengen des 60"-Lysimeters aufgetragen. Dadurch sind die 25 Punkte für die einzelnen Jahre und einer für das Mittel erhalten. Wie ersichtlich, ordnen sich diese Punkte rechts und links von einer Geraden, die durch den durch das Mittel bestimmten Punkt geht und in einem gewissen Punkte die Abszisse schneidet. Um alle Willkür aus-zuschliessen, ist die Lage dieser Linie mittelst der Methode der kleinsten Quadrate so bestimmt, dass die Quadratsumme der Abstände, um welche die einzelnen Punkte höher oder tiefer liegen als diese Linie, ein Minimum

wird. Man findet dann die Lage des Schnittpunktes der Linie auf der Abszisse und den Winkel, den sie mit dieser Achse machen muss, bestimmt durch die Tangente des Schnittwinkels bei Pt = b.

Es besteht dann die Gleichung:

y = (x - x₀) b.

Fi g. 12.

Da hierin x₀ und b aus den beobachteten Werten für Regenfall und Sickerwasser durch die Rechnung bestimmt werden, also bekannt sind, so kann man für jedes beliebige x (= Regenhöhe) das zugehörige y (= Sickerwasserhöhe) finden.

Die voll ausgezogene Linie mit der Bezeichnung „Jahre 60" “ stellt die Versickerung im Lysimeter von 60" Tiefe dar; ausserdem sind noch schwach punktiert eingetragen die Linien für den 20"-Lysimeter, die sich der vorigen bis auf eine Kleinigkeit anschliessen, und die des 40"-Lysimeters, die, der grösseren Durchlässigkeit dieses Bodens entsprechend, etwas nach oben verschoben ist. Die eingetragenen Punkte beziehen sich nur auf den 60 "-Lysimeter.

Fig. 5 enthält gleichzeitig die Linien, die den Verlauf der Sickerwasserbildung während des Sommers und Winters für den Lysimeter von 60" darstellen.

Selbstverständlich gelten diese Linien nur für den Bereich zwischen den Beobachtungspunkten; über ihren Verlauf ausserhalb dieser Punkte können wir überhaupt nichts wissen. Der Punkt Pj ist bloss ein Hilfspunkt für die Konstruktion.

Die Linie, welche vom Nullpunkt der Teilung ausgeht und mit der Abszisse einen Winkel von 45° macht, gibt die Lage aller Punkte an, für welche die Sickerwassermenge gleich der Regenhöhe sein würde. Der senkrecht gemessene Abstand zwischen dieser Linie und einer der anderen gibt die Grösse der Verdunstung für den entsprechenden Punkt an. Alle drei Linien für die Sickerwasserbildung im Jahr, im Winter und Sommer laufen der das Achsensystem um 45° schneidenden Linie nicht parallel, bei allen wird der Abstand nach rechts zu grösser, d. h. die Verdunstung wächst mit steigender Regenhöhe, und zwar am stärksten im Sommer, darauf folgt die des ganzen Jahres, und am geringsten ist der Unterschied für den Winter.

In der folgenden Tabelle sind die Werte für x₀ und b zusammengestellt, welche die Ausgleichungsrechnung für Jahr, Winter, Sommer und die einzelnen Monate geliefert hat.

Bezeichnung der Mittel:

xo

cm

Jahr: Lysimeter 20"

40"

60"

t\2 CO CO

cc

'b* *ÜO

Ci

Winter: Lysimeter 60" Sommer:

60"

9,99

19,92

CO    iß

Ci O    t>    o    oc

t> GO    D-    CD    CO

cT ©~    o'    ©“    o

September: Lysimeter 60" Oktober:

November:

Dezember:

Januar:

Februar:

März:

April:

Mai:

Juni:

Juli:

August:

60"

60" . .

60"

60"

60"

60"

60"

60"

60"

60"

60"

3,65    0,76

2,99    0,88

1,61

0,93

0,45

0,63

1,10

1,49

2,57

0,88

1,01

1,00

0,81

0,62

Auf Taf. VI, Fig. 6 sind die Linien, die die Sickerwasserbildung in den einzelnen Monaten darstellen, eingetragen, nebst den mittleren und grössten beobachteten Monatsregensummen. Am stärksten ist die Sickerwasserbildung in den Monaten Januar und Februar; wenn die geringe Verdunstung gedeckt ist, gibt hier 1 cm Regen auch 1 cm Sickerwasser (b = 1,00 und 1,009), was in der Figur durch den parallelen Verlauf der Monatslinien mit der Linie Regenhöhe = Sickerwasser ausgedrückt ist. Auch der Dezember weicht nicht viel von den vorher genannten Monaten ab, nur ist hier bei grösseren Regenfällen die scheinbare Verdunstung grösser als bei kleineren Regenfällen.

Diese drei Monate dürfen als eine Gruppe für sich betrachtet werden (Fig. 6 a), deren Sickerwassergleichung lauten würden: y cm = (x cm—0,56 cm) x x 0,935. Die Sickerwasserbildung ist hier am stärksten im ganzen Jahr. Den Gegensatz dazu bildet die Gruppe der Monate Mai, Juni, Juli und August, wo die Verdunstung am stärksten ist; die Unterschiede zwischen scheinbarer und wirklicher Verdunstung sind hier besonders gross, so dass dadurch auch die Lage der Linien ungünstig beeinflusst wird, und dieses vor allem in dem Anfang der Abszissen, wo sie die wirklichen Verhältnisse nur mit geringer Genauigkeit darstellen können. Die Gleichung dieser Gruppe würde lauten:

y cm = (x cm — 3,26 cm). 0,499.

Was die übrigen, zwischen diesen Gruppen stehenden Monate betrifft, so neigt sich der März der Wintergruppe zu, der April aber nach dem Mai hin. Die beiden regenreichsten Monate September und Oktober nehmen zwischen Sommer und Winter eine Mittelstellung ein. Die hohen Regenfälle ergänzen das im Sommer entstandene Defizit an Bodenfeuchtigkeit; der November schliesst sich dem Dezember an.

Die Fig. 6 a, in welcher die Linien der Gruppen eingetragen sind, bringt das Gesetz der Sickerwasserbildung vielleicht noch besser zur Anschauung als Fig. 6.

Für Demonstrationszwecke lässt sich nach Taf. VI, Fig. 6 ein sehr anschauliches körperliches Modell hersteilen, wenn man die den einzelnen Monaten entsprechenden Dreiecke zwischen Abszisse und Sickerwasserlinie in Pappe ausschneidet und parallel nebeneinander aufstellt. Die Sickerwasserfläche bildet dann eine schön gleichmässig gekrümmte Fläche.

An Stelle des körperlichen Modells wird hier die Fig. 13 auf Taf. X gegeben, aus welcher zu ersehen ist, wie gross in jedem Monat für einen bestimmten ßegenfall die mittlere Sickerwasserhöhe sein könnte. Während in Fig. 6 Profile dargestellt sind durch die ßegenhöhen als Abszissen und die Sickerwasserhöhen als Ordinaten, stellt die Fig. 13 gewissermassen einen Plan dar, in welchem die Punkte gleicher Sickerwasserhöhe durch Linien verbunden sind. Die durch diese Schichtenlinien dargestellte Fläche könnte man die „Sickerwasserfläche“ nennen. Um die in einem bestimmten Monat zu einer gewissen ßegenhöhe gehörige Sickerwasserhöhe zu ermitteln, verfährt man ähnlich, wie man in einem Horizontalschichtenplane die Höhe eines durch seine Koordinaten bestimmten Punkte bestimmt. Man schreitet auf der Monatslinie nach oben zu so weit fort, bis dass man den Punkt erreicht, an welchem die auf dem linksseitigen Mafsstabe abzulesende ßegenhöhe die gewünschte Grösse hat. Durch Interpolieren dieses Punktes zwischen den zunächst oberhalb und unterhalb gelegenen Linien gleicher Sickerwassermenge erhält man die Höhe des Sickerwassers.

Versuche von Dickinson und Evans.

Diese Versuche sind eingerichtet im Jahre 1839 von Dickinson, einem Wassermüller in Nashville bei Hemel Hampstead in Herefordshire, und wurden fortgesetzt von seinem Nachfolger Evans bis 1875 und vielleicht noch länger. Die ßesultate sind veröffentlicht in den Minntes of Proceedings of the Institute of Civil Engineers Vol. II 1843, XX 1861, XLV 1876.

Die Versuchsansteller rechnen das Jahr vom 1. Oktober an; um die ßesultate mit denen von ßothamsted vergleichen zu können, ist alles umgerechnet worden, so dass auch hier das Jahr vom Anfang September an zählt.

Als ßegenmesser wurde hier nur ein Apparat benutzt, wie er bei den meteorologischen Stationen in Gebrauch ist, so dass hier die im vorigen Abschnitt erwähnte Unsicherheit der Messung der ßegenhöhe extra in Ansatz zu bringen wäre.

Die Lysimeter bestanden aus Zylindern von verzinktem Eisenblech von 50 cm Durchmesser und 90 cm Höhe; der erste der Apparate BI war mit dem in dortiger Gegend am meisten verbreiteten Kalkverwitterungsboden, einem kiesig-sandigen Lehm, gefüllt, bis zur Oberkante in den Bodeneingegraben und mit Gras besät. Im Jahre 1850 wurde noch ein

Die mittlere Regenhöhe hat in den einzelnen Jahrfünften nur wenig geschwankt, die Sickerwassermenge ist aber von41°/₀ auf 20°/₀ heruntergegangen. Die Resultate dieser Versuche sind wohl unter sich vergleichbar, zur Berechnung der wirklichen Menge des Sickerwassers in natürlich gelagertem Boden lassen sie sich aber nur mit Vorbehalt gebrauchen, wie auch viele andere, die in ähnlicher Weise ausgeführt wurden.

Um festzustellen, inwieweit die Endresultate durch das allmähliche Setzen des Bodens beeinflusst werden, wurden die Reihen der Beobachtung von 1835—75 und von 1855—75 jede für sich in der Art, wie im vorigen Abschnitt für die Rothamsteder Versuche beschrieben wurde, durchgerechnet. Die Differenzen zwischen beiden sind so gross, dass ich mich entschlossen habe, nur die Beobachtungen der 20jährigen Reihe 1855—75 zu verwerten, die früheren aber gänzlich unberücksichtigt zulassen, und es beziehen sich alle folgenden Auseinandersetzungen nur auf diesen Zeitraum.

Der wahrscheinliche Fehler des Niederschlages im Mittel von 20 Jahren beträgt hier

+ 16 mm = 2,4 °/₀,

.    . + 15 mm = 4,2 °/₀,

. . +10 „

. . + 3 „

. . ±.10 „ = 17,0 „ .

= 3,2 „ = 7,0 „

zweiter Lysimeter BII hinzugefügt von gleichen Abmessungen, der mit Kalkkies, dem Untergrund des dortigen Bodens, angefüllt und gleichfalls mit Gras besät wurde. Trotzdem dieses Material recht grobkörnig ist, hält es doch grosse Mengen Wasser fest. Auf den Kalkhügeln dortiger Gegend bleibt die Vegetation auch in trockenen Sommern lange frisch. Das Regen-wasser dringt schnell in den Boden ein, so dass durch oberirdischen Abfluss der Vegetation verhältnismässig wenig verloren geht. Ein Lysimeter in Brache fehlt hier leider.

Nach dem Einfüllen ist der Boden offenbar, trotzdem er gestampft wurde, doch recht locker gewesen und hat sich nur sehr langsam fester gelagert, so dass die anfangs grosse Sickerwassermenge sich fortlaufend verkleinert, wie folgende Zusammenstellung zeigt:

Regenhöhe

mm

Lysimeter I

Sickerwasserhöhe =

Prozent vom Regen

1835—45 . 1845—55 . 1855—65 . 1865—75 .

CD CO CO CD

O- CD lO QO

O O GO CO

272 mm 162 „ 157 „ 137 „

41

25

24

20

1835—55

1855—75

CD CD

iD O

mm

217 mm 148 „

CO (M

CO CO

der des Winters.....

„    „ Sommers.....

„    „ Monats Februar .    .

„    „    „ Juli ...    .

Um das Vorstehende zu erläutern, sind in Tabelle II für die ganze Zeit der Beobachtung die Werte der Regenhöhe, der Versickerung und Verdunstung (absolut und relativ zur Regenhöhe) für je fünf aufeinander folgende Jahre berechnet, sowie das Mittel der ganzen vierzigjährigen Be-

J ahrfünft:

1835/36—1839/40. . 1840/41—1844/45. . 1845/46-1849/50. . 1850/51—1854/55. .

1855/56—1859/60. . 1860/61—1864/65. . 1865/66—1869/70. . 1870/71—1874/75. .

Tabelle II.

Boden und Kalkkies, beide mit Gras.

Regen

höhe

im

Jahre

mm

00 ©

© [r H I> © © © ©

© CO

C0 SO GM 00 C- lO

r- oo

00 l> CO SO

Sickerwasser:

Verdunstung:

II.

¹ Kalk-kies

Boden

mm mm

CM -rH © -H CO CM

*0 © CO CO

T-l i—<

© C" © rH U3 CM tH i-H rH tH

I.

II.

11.

II.

Boden

Kalk

kies

L Kalk-kies

Boden

L Kalk-kies

Boden

°/0

°/o

mm mm

°/o

°u

lQ © © rH rH CO CM CM

366

429

477

516

Mil

CO SO

291

177

245

Mittel 1835—1875:    668    183    —

1855-1875:    670    148    241

23

25

22

19

27

22

Tabelle III.

Winter.

iO <M 00 <M

-H

I M

¹ rH

CO 00

[>■ o»

60

70

64

63

rH CD >0 CM CM (M

© rH CM tH t—¹

CO H H 05 CO CO TU CO

C5 O C5 CO (M ^ O 05 rH t-H cm tH

^ Q 05 H CO CO lO ©

rH ^ GO © lO rH rH rH

GM © CO © CM i-H

CO 00 t> © CM GM

rH CM r-H © © rH © i-H rH CM rH

-H

©

© © D- 1-1 © © © D-

© © CM rH ^ »O O O

Mittel 1835-1875: 1855—1875:

00 so

«O iO

co co

152

42

206

115    174    33

49    241

C0 Cr«

oo oo

Sommer.

1835/36—1839/40. . 1840/41—1844/45. . 1845/46—1849/50. . 1850/51—1854/55. .

00 CO CM CM

oo co

00 -rH CM CO

© SO © 1-1 «O H (M CO

235

281

268

318

CO CO CO 00 H 05 Oc 03

1855/56—1859/60. . 1860/61—1864/65. . 1865/66-1869/70. . 1870/71—1874/75. .

377

297

282

301

05 O 00 00

t-i rH

[> 05) CO «O 05 ^ «O CO

CO SO SO SO

iH i-H

Mittel 1835—1875:    310

„    1855—1875:    314

rH CO CO CO

I—¹> 1—1 © ©

E2 I

00 rH D- GO CM GM

SO SO © ©

Tabelle IV.

1855—1875 - 20 Jahre.

Sickerwasser:

Verdunstung:

Monat:

Begen-

höhe L Kalk-kies

Boden

mm mm

II.

I.

II.

Boden

Kalk

kies

I.

II.

Boden

Kalk

kies

I.

Boden

Kalk

kies

mm

°/o

°/o

mm mm

°l 0

September Oktober . November Dezember Januar . Februar . März .    .

August .

T-I

H (N (M H

l> lO CO 1-1 O

n^COCCOOOOJCO CO t)' CO CO CO H

05 »fl N O

Jahr

670    148    241    22    36    522    429    78    64

obachtungsreihe und das der letzten 20 Jahre 1855—1875, welches letztere allein der weiteren Betrachtung als das wahrscheinlichere zugrunde gelegt ist.

Tabelle III gibt dieselben Werte für Winter und Sommer (Sept. bis Febr. und März bis Aug.).

Tabelle IV und Taf. VIII, Fig. 7 enthalten für die einzelnen Monate die Grösse des Regenfalls, der Verdunstung und Versickerung für die mit Ackerboden und mit Kalkkies gefüllten Lysimeter gesondert.

In dem mit Ackererde gefüllten Lysimeter I bildet sich wesentlich weniger Sickerwasser, als in dem mit dem grobkörnigen Untergrund gefüllten; je höher die Verdunstung von Gras und Boden ansteigt, um so geringer werden die Unterschiede. Jedenfalls ist auch die in II erzeugte Grasernte geringer gewesen als die in I, was aber nirgends erwähnt wird. Die Ergebnisse der beiden Beobachtungsreihen lassen sich allerdings nur bedingungsweise vergleichen, weil die Erde in Lysimeter I 20 Jahre, die in Lysimeter II aber nur 2 Jahre Zeit gehabt hatte, sich zu setzen. Im Mittel von 20 Jahren ist die Versickerung im Untergrundkies des Lysi-meters II um 60 % grösser als in I, im Winter dagegen 50 %, im Sommer 110% grösser. Die in den einzelnen Jahrfünften erhaltenen Werte lassen Veränderungen, aus denen man auf allmähliches Setzen des Bodens schliessen könnte, hier nicht erkennen; nach der Erfahrung setzen sich grobkörnige Massen auch viel weniger als feinkörnige.

In den Sommermonaten hört die Versickerung fast überall ganz auf, nur starke Regenfälle lassen noch einiges Sickerwasser entstehen.

In der ganzen Beobachtungszeit 1843—1875 zeigen die Mittel der

Monate:

Mai

Juli

August September 1 mal    1 mal

4 „    1 „

Juni

2 mal    2 mal

8 „    5 „

in Lysimeter I .    .    . 5 mal

in Lysimeter II ...    9 „

Sickerwassermengen, die gemessen werden konnten.

In vielen Monaten wird die Regenmenge wohl nicht ansgereicht haben, um die Verdunstung zu decken, obgleich das Mittel immer noch einen kleinen Überschuss des Regens über die Verdunstung zeigt. Nur im August sind beide Werte gleich und die Sickerwassermenge gleich Null.

Auf Taf. IX, Fig. 8 ist das Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwassermenge für den Jahresdurchschnitt sowie für den von Winter und Sommer dargestellt. Die Linien für Lysimeter I sind voll ausgezogen, die für II gestrichelt. Im Winter laufen beide Linien fast parallel, im Sommer ist der Winkel, den beide miteinander bilden, am grössten.

Überall liegen die Linien des Lysimeters II, der grösseren Durchlässigkeit des Bodenmaterials entsprechend, weiter von der Abszisse entfernt als die des Lysimeters I. Ganz ähnliches Verhalten zeigt sich auch in den einzelnen Monaten (Taf. IX, Fig. 9 u. 9 a). In den Monaten Juli, August, September bildet sich, wie schon erwähnt, so gut wie kein Sickerwasser. Die Linien liegen dicht an der Abszisse und sind deshalb in der Nebenzeichnung in eine Linie zusammengefasst. In den Monaten Dezember, Januar, Februar und März verhalten sich beide Lysimeter ganz ähnlich, nur liegen die Linien des Lysimeters II näher an der Linie „Regenfall-Sickerwasser“ als die von I. In der Hilfsflgur 9 a sind diese vier Monate durch eine Mittellinie dargestellt und der Gang der Sickerwasserbildung im Laufe des Jahres lässt sich hieran wie folgt darstellen. Die vereinigte Wirkung der Pflanzen- und Bodenverdunstung hat in den Monaten Juli, August und September den Boden so ausgetrocknet, dass Sickerwasser überhaupt nicht mehr entsteht; die starken Regenfälle des Monats Oktober werden zum grössten Teil verbraucht, um den Vorrat an Bodenfeuchtigkeit zu ergänzen, und es entsteht nur zeitweise Sickerwasser und dies auch nur in geringer Menge. Im Monat November ist der Boden wieder so weit gesättigt, dass ebenso wie in den folgenden Monaten Dezember, Januar, Februar und März regelmässig Sickerwasser entsteht.

In den Monaten April Mai und Juli wird durch die ständig wachsende Verdunstung der Regen so weit verbraucht, dass für dieselbe Menge desselben die Sickerwassermenge immer geringer wird, bis dass sie schliesslich auf Null heruntersinkt.

Die Gleichungen der Sickerwasserlinien sind in Tabelle V (auf S. 630) zusammengestellt.

Versuche von Greaves.

Eine dritte Versuchsreihe, welche die Bestimmung des Verhältnisses zwischen Niederschlag und Sickerwasser zum Zweck hat, ist im Jahre 1851 von Charles Greaves in Leebridge, 6 englische Meilen nördlich und 1¹ /c₂ Meilen westlich von Greenwich, in Gang gesetzt worden. Der erste Lysimeter hatte drei Fuss im Quadrat Grundfläche bei ebensoviel Höhe; er war aus Schieferplatten, die sorgfältig mit Zement gedichtet waren, hergestellt und mit einem tieferstehenden Sammelgefäss versehen, nach welchem das sich bildende Sickerwasser sofort abfloss und worin es auch gemessen wurde. Dieses Lysimeter I wurde mit „Boden“ gefüllt und mit einer Rasennarbe versehen. Das Lysimeter II wurde 1860 in derselben Weise wie das vorige hergestellt, aber mit grobem Sand gefüllt, welcher durch ein Sieb von 1,3 mm Maschenweite gefallen war. Die Oberfläche wurde nackt gehalten. Greaves wollte mittelst dieses zweiten Apparates das Maximum des Sickerwassers feststellen, welches in der Wirklichkeit etwa entstehen kann.

Tabelle V.

Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwasser.

Bezeichnung der Mittel:

Lysimeter BI. Boden mit Gras:

So

Lysimeter BII. Kalkkies mit Gras:

xo

cm

cm

Jahr: 1835—75 = 40    Jahre

1855—75 = 20

CO K. <x> O

>-T of cf irf of «cf

CO CO N H    i-l

^ O OO ^03 iO QO iO f-H (M

cf cf cf cT cf cT

Qo^ ^ r-^ *o^ oq o' cT qT of oo' C'-*'

CIO CO N    rH

CD Qo CD CO CD    CO    iO

cT © cf cf cf ö'

o<

Monatsmittel: 1855—75 = 20 Jahre:

September Oktober . November Dezember Januar . Februar . März .    .

Juli . . August .

10,7

— 0,02

-2,0

0,02

4,2

2,7

1,5

1,0

0,1

2,0

1,6

3,6

4,3

3,1

3,4

0,12

0,70

0,59

0,75

0,70

0,71

0,25

0,26

0,24

0,04

0,00

2,5

0,8

1,5

0,6

— 0,3

1,1

0,9

3,4

4,0

3,8

4,0

0,38

0,63

0,94

0,91

0,82

0,86

0,40

0,49

0,45

0,37

0,18

Ausserdem wurde noch die Wassermenge bestimmt, welche von einer freien Wasserfläche verdunstet wird. Eine kupferne Pfanne von 3 Fuss im Quadrat wurde im Flusse Lee ständig schwimmend erhalten und die Menge des daraus verdunstenden Wassers gemessen. Die Menge des Niederschlags wurde in einem Regenmesser von 3 Fuss im Quadrat Auffangfläche gemessen, der mit den Lysimetern in gleicher Höhe stand.

Die in den Minutes of Proceedings of the Institute of Civil Engineers Vol. XLY, 1876 veröffentlichten Yersuchsresultate beginnen mit dem Jahre 1860 und endigen 1873. Das Lysimeter I hatte also 1860 bereits 9 Jahre gestanden und die Erde darin sich schon stark gesetzt. Das Lysimeter II ist allerdings neu hergestellt, als auch mit den Beobachtungen begonnen wurde; es ist dies aber weniger schädlich, weil sich der grobe

Sand sofort ziemlich dicht lagert und die Durchlässigkeit desselben auch so gross ist, dass die Lagerung daran doch nichts Wesentliches ändern kann. Die in Jahrfünften zusammengefassten Sickerwassermengen liefern für den ersten Zeitabschnitt den kleinsten Wert von 80% gegen 88% und 83 % der folgenden Abschnitte. Der letzte Abschnitt 1870—1873 enthält bloss 3 Beobachtungsjahre.

Tabelle VI.

Jahre:

Anzahl der Jahre

Regenhöhe

mm

Sickerwasser:

Verdunstung:

1860/65

1866/70

1871/73

io 10 co

587

640

736

to do m    B Boden mit

£ S §    B Rasen

J«H

Sand

mm

466

565

611

III.

o

/.

mm

70

103

220

do oo to __® Boden mit ^

qo do go    ©    Rasen    *

gggg    52    Sand    K

^2    Wasser    £

scheinbar

scheinbar

Boden

Sand

wirklich

Wasser

rC5

mm mm mm

422    121    517

432    75    537

532 125 516

pq

3G

wirklich

Wasser

°/o    °/o

72    20

68 12 72    17

05 GO 00    1-2

CD QO 1°

Mittel:    13 653 193 547    131    29    84

Winter:

20 460 106 522    71    16    80

1860/65

1866/70

1871/73

io di co

307

122

252

184

40

82

60

185

55

DO

CO

60

18

40

372

405

180

175

354

364

230

274

48

43

95

90

62

68

192

230

18

41

tH

CM

52

38

CO

TH

57

10

32

Mittel:    13 361 159 323    229    44    89

Sommer:

63 202    38 132    56    11    27

1860/65

1866/70

1871/73

iO I> 05 CO CO 05 CM CM CM

Tjt H 05 CD CO t>

I> CO CO 05 05 00 co co co

CO GO QO K CO (b>

co co ^ CM CM CM

142

148

117

Mittel:    13 292    34 224 — 99    12    77 —36 257    68 390    88    23    136

Im Mittel von 13 Jahren sind 653 mm Regen gefallen; davon lieferte im Mittel der mit Gras bewachsene Boden in Lysimeter I 193 mm (29 % des Niederschlags) Sickerwasser, der Sand des Lysimeters II 574 mm (84 %) und die freie Wasserfläche III 131 mm (20%); im letzten Versuch ist unter Sickerwasser der Überschuss des Niederschlags über die Verdunstung zu verstehen. Die freie Wasserfläche hat also am wenigsten Sickerwasser geliefert, der beraste Boden das Einundeinhalbfache, der Sand dagegen mehr als das Vierfache davon.

Im Winter liefert Lysimeter I das wenigste Sickerwasser (159 mm = 44 %), das meiste wieder Lysimeter II (323 mm = 89 %), während die freie Wasserfläche eine mittlere Stellung einnimmt (229 mm = 63 % des Niederschlags).

Im Sommer verändert sich aber das Bild vollständig: die Verdunstung von Boden und Gras im Lysimeter I wird so stark, dass hier die Sickerwassermenge nur etwa V₇ von der beträgt, die das Lysimeter II liefert. Die freie Wasserfläche lässt aber nicht nur kein Wasser abfliessen, sondern

42

Mitteilungen Breslau. III. Bd.

es reicht auch der Niederschlag bei weitem nicht aus, um die verdunstende Wassermenge zu ersetzen, und das daraus Testierende Defizit beträgt 99 mm oder 36 % des Niederschlags.

Wenn man die vom Sand gelieferte Sickerwassermenge als Einheit annimmt, so ergibt sich folgende Aufstellung:

Menge des verdunsteten Wassers Sand Boden Wasser mit Gras

Im Mittel

Menge des Sickerwassers Sand Boden Wasser mit Gras

Pj pj Pj

35

49

15

490

350

570

Betreffs der Verdunstung sei nochmals hervorgehoben, dass für Lysimeter I und II nur der Unterschied zwischen Regenfall und Sickerwasser, „die scheinbare Verdunstung“, angegeben werden kann. Im vieljährigen Mittel kann diese nur wenig von der wirklichen Verdunstung ab weichen; anders verhält es sich aber mit den Angaben für Sommer und Winter, weil der Boden am Ende des Sommers in den meisten Fällen beträchtlich trockner sein wird als am Anfang desselben. Aus diesem Grunde wird die wirkliche Verdunstung des Sommers jedenfalls erheblich grösser sein als die scheinbare, im Winter aber kleiner als diese. Die Verdunstung einer reien Wasserfläche ist, wie bekannt, nur mit geringer Genauigkeit festzustellen.

Der wahrscheinliche Fehler des Niederschlags beträgt für das Jahresmittel .    .    .

„    „ Mittel des Winters

„ Sommers „ Februars „ Julis. .

r>

. r = + 24 mm = + 3,8 °/₀ des Niederschlags. . r = ±13 . r = ±19

•    r=±

•    r = ±    ,

„ =+ 3,6 °/₀ „ » =± ⁶>⁵°/« »

*    =±H °/o „

*    =±12    °/o    „

Auf Taf. IX, Fig. 10 ist das Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwasser für die Jahresmittel der dreizehn Beobachtungsjahre, die Mittel des Winters und Sommers dargestellt. Die Linien des Lysimeters II halten sich alle drei in der Nähe der Linie: Regenfall = Sickerwasser. Ihnen zunächst liegen die beiden anderen Winterlinien für Lysimeter III und I, bei welchen Sickerwassermenge und Verdunstung mittlere Werte besitzen, während die Linien des Sommers und die der Jahre für Lysimeter I und III infolge der hohen Verdunstung weit abliegen. Bei 75 cm Regenhöhe schneiden sich letztere beiden Linien; bei höherem Regenfall, der aber nur sehr selten eintritt, liefert III die grösseren Sickerwassermengen, bei geringerem Regenfall aber wesentlich kleinere. Da bei kleineren Regenhöhen im Sommer und Jahr die Verdunstung der freien Wasserfläche grösser wird als der Regenfall, die Sickerwassermenge in der Rechnung demgemäss mit negativem Vorzeichen erscheint, so gehen auch die Sickerwasserlinien des Sommers und Jahres für Lysimeter III auf die negative Seite der Abszisse hinüber.

Tabelle VII enthält die Niederschlagshöhen, Sickerwassermengen, sowie scheinbare und wirkliche Verdunstung für die einzelnen Monate in absoluten Werten und ihr Verhältnis zum Regenfalle; beide laufen nicht parallel.

Die Höchstwerte der absoluten Sickerwassermenge liegen für alle drei Lysimeter im Januar, die der relativen aber für Lysimeter I im Januar (71 °/₀), für Lysimeter II im November (97 %) und für Lysimeter III im Dezember (76 %). Dagegen wird im Juli die Menge des Sickerwassers in Lysimeter I fast Null, während für die freie Wasserfläche die Verdunstung in den Monaten April bis August grösser ist als der Niederschlag. Das daraus entstehende Defizit ist am grössten im Juli (42 mm = 94 %), die Verdunstung beträgt hier 194% des Niederschlags. Die scheinbare Verdunstung der Lysimeter mit Boden und die der freien Wasserfläche lassen sich für die einzelnen Monate kaum vergleichen.

Tabelle VII.

Sickerwasser:

Verdunstung:

Monat:

Regenhöhe

Boden t-*

Sand B

III.

<E>

cd

£

mm mm mm

mm

Boden

sS Sand G Wasser p

B scheinbar M Boden

g scheinbar hh 5 Sand ^ g wirklich hh B Wasser r¹

scheinbar ^ Boden scheinbar hh Sand ^ wirklich hh Wasser l”¹

September Oktober . November Dezember Januar . Februar . März . . April . . Mai . . . Juni . . . Juli . . . August .

32

61

67

76

74

62

44

QÜ’MCDCD^WM^OOSGO

O CO rH tH tH t—I H

DörlCDOW^OSCOÜ’^ffiK

CDCDCDCDOOÜiWMWÜiGOCD

OlCDÜSCnHOStOCOOOCDKO

o O CO O CM T—(    -r-1

CO

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D-    tJ«    tH    t*    03

CO    ^    05    04

rH    t—I    rH    rH

Summa: 653 193 547 + 131

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460 106 520

Summa: 653 193 547 + 131

Auf Taf. IX, Fig. 11 und 12 ist das Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwassermenge für die verschiedenen gemessenen Regenhöhen dargestellt, und zwar in Fig. 11 für den Lysimeter I, in Fig. 12 für Lysimeter II und die freie Wasserfläche III. Tabelle VIII gibt die durch Ausgleichung ermittelten Werte der Abszisse des Schnittpunktes der Sickerwasserlinien mit der Abszissenachse x₀ und der Neigung beider gegeneinander gemessen in der Längeneinheit der Abszisse.

Die Linien für Lysimeter II entfernen sich der grossen Durchlässigkeit des Sandes entsprechend nur wenig von der Linie: Regenfall = Sickerwasser. Die Niederschläge versinken so schnell in die Tiefe, dass auch die Wärme der Sommermonate nicht imstande ist, durch Verdunstung grösserer Wassermengen die Sickerwasserbildung wesentlich einzuschränken. Ganz anders verhält sich Lysimeter II. Die Linien stärkster Versickerung für Januar und Februar liegen noch in dem Raum, den die Linien für Juni bis September bei Lysimeter II einnehmen; die für Dezember und März

42*

liegen aber schon weit ausserhalb des letzteren. Die steigende Verdunstung des Bodens und vor allem der Pflanzen verringert dann in Lysimeter I die Sickerwassermenge sehr schnell und in den Monaten Juni, Juli, August entsteht nur ganz ausnahmsweise bei anhaltendem, starkem Regen noch eine Wenigkeit. Es sind 42 Monatsmittel vorhanden, aber nur siebenmal ist Sickerwasser gemessen, dreimal im Juni und je zweimal im Juli und August. Für Juli ist die Sickerwassermenge gleich Null.

Von den Linien (Fig. 12) für die Wasserfläche treten nur die für die Wintermonate Oktober, November, Dezember, Januar und Februar in den Raum, den die für Lysimeter II bedecken, ein; die für die Sommermonate entfernen sich sehr schnell und sehr weit davon und ragen auch sehr weit in die negative Seite unterhalb der Abszisse hinein, wie schon bei Besprechung der Mittel hervorgehoben.

Tabelle VIII.

Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwasser.

CI.

Bezeichnung der Mittel:

Boden mit Gras:

CII1.

Sand nackt: Wasserfläche:

CIL

xo

xo

xo

cm

cm

cm

Jahr 1860/61—1872/73 = 13 Jahre . . Winter 1860/61—1872/73 = 13 Jahre . Sommer 1860—73 = 14 Jahre.    . .    .

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CO CO lO

©    iH

Monate:

September Oktober November Dezember Januar . Februar März April . Mai . . Juni.    .

Juli .    .

August .

3,5

0,2

0,1

0,5

0,68 — 0,1

0,81

4,2

1,08

1,08

0,95

0,88

3,7

2,1

1,2

0,9

1,4

1,6

2,5

3,9

3,8

4,1

0,85

1,5

1,19

1,34

1,11

0,35    0,81

1,0

0,85

0,97

0,66

0,69

0,82

0,72

0,71

0,83

1,0

0,83

2,4

5,2

6,7

7,6

8,0

7,4

0,86

1,07

1,23

1,17

1,21

0,83

Mit Hilfe der Gleichungen, welche das Verhältnis zwischen Niederschlag und Sickerwasser darstellen (Tabelle VIH), wurden für verschiedene Regenhöhen innerhalb der tatsächlich beobachteten Grenzwerte die Sickerwassermengen für das Jahr, sowie für Winter und Sommer berechnet und auf Tabelle IX (S. 635) zusammengestellt.

Brachparzellen sind zwei vorhanden: A von Rothamsted mit schwerem Lehm in natürlicher Lagerung und CH von Greaves mit grob-

1000

I> j O CD I I kfl I CO H I I

006

800

hß

9

Cd CD CO H H lO iO 00 Cd ^ CO JO

<D

2 Cd Cd O H Cd |Q

Jq t'* 05 H O kO CD

H 00 iO H CO GO ^ O H CO CO Cd

700

Tabelle IX.

Sickerwassermenge bei verschiedener Höhe des Regenfalls.

Regenhöhe bei Millimetern

009

in Prozenten

05 ^ ^ I> O kO ^ X N CO CO Cd

t* CM O CM 05 CM 00 Cd CO (N H

1000 500

006

800

700

009

500

Bezeichnung:

in Millimetern:

lm Jahr (September bis August).

00 C5 »O CD I> CO l> H CM OJ

574

497

420

688

343

590

297

253

209

165

462

395

328

250

284

262

212

178

Winter (September bis Februar).

Regenhöhe in Millimetern:

CD Cd H lO ^ Cd CO D Cd D l> l> Cd ^ rt H H

189

394

77

128

136

— 34

Brache | Lehm Sand

Gras Kalkboden Kalkuntergr. Boden Wasserfläche

CII

BI

BII

CI

CIII

2 00 O iQ H O CO ^ CD 05 CO iO ^ CD

t> C0 I> lO CD CO l> H IN Cd ,

300

200

009

500

400

CO CD O O CO O W I> H (N H CO

O © CO CD © CO tX CO H CO (M lO

S | S CO I    I

tJH    ¹ (M CO 1    1

IN H H tHI> t#

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H o CO 00 ■'J H © 00 CD GO CO H 00 O rH CM rH rH rH C0

200

H 05 CO Cd H GO 05 iO Cd I> ^ O

rH    i—I

Brache | Lehm Sand

Gras Kalkboden Kalkuntergr. Boden Wasserfläche

j?

CII

BI

BII

CI

C1II

0,5

Im Sommer (März bis August).

205

137

74

II —

— 103

389

309

75

157

164

+ 139

53

108

102

+ 24

05 05 rH 05 t-H CD Cd CO kO 'H 05 03

149

10

— 22 — 206

Brache | Lehm Sand

Gras Kalkboden Kalkuntergr. Boden Wasserfläche

CII

BI

BII

il

CI

III0

körnigem Sande; die von letzterem Material abgegebenen Sickerwassermengen dürften wohl dem in der Natur möglichen Maximum nahe kommen; sie sind natürlich auch sehr viel grösser als die von A abgegebenen, dessen Boden aber auch noch nicht zu den schwersten zu rechnen ist.

Die Spannung zwischen den Werten für die Sickerwassermenge beider Reihen A und CII wird mit steigendem Niederschlag kleiner; es beträgt das Verhältnis von A: CII für Regenhöhen jährlich:

500    600    700    800    900    1000    mm

= 100 : 208    185    172    164    (158)    (154)

42 %    38 %    35 %    34 % der Regenhöhe.

Das Verhältnis scheint sich einem Grenzwerte zu nähern, der bei 1:1,5 liegt. (In der Beobachtungsreihe CII steigen die Werte für die Regenhöhe nur bis 800 mm.)

Mit Gras bestandene Lysimeter haben drei Versuchsreihen geliefert: BI mit Kalkverwitterungsboden, BII mit dem Untergrund davon und CI mit einem nicht weiter beschriebenen Boden, der BI jedenfalls sehr ähnlich, aber etwas durchlässiger war. BII lässt wegen seiner grobkörnigen Beschaffenheit ebenfalls mehr Sickerwasser entstehen als BI; CI ist ebenfalls durchlässiger als BI, aber weniger als BII. Das Verhältnis der Sickerwassermengen der letzten beiden Böden zu BI berechnet sich für die jährlichen Regenhöhen = 500    600    700    800    900    1000    mm

BI:BII = 1 : 1,66    1,61    1,59    1,57    1,56    1,56

BI: CI = 1 : 1,77    1,44    1,29    1,20    (1,14)    (1,10)

Die Wasserfläche CIII lässt bei geringen jährlichen Regenhöhen auch sehr viel geringere Wassermengen abfliessen als die Böden in Brache und mit Gras bestanden; in Jahren, die mehr Niederschlag haben als das Mittel, steigt aber die abfliessende Wassermenge so an, dass sie grösser wird als die der bewachsenen Böden BI und CIII, aber hinter BII und den gebrachten Böden doch zurückbleibt.

Noch deutlicher lassen sich diese Verhältnisse darstellen, wenn man die Verdunstung betrachtet; da es sich nur darum handelt, den allgemeinen Gang der Erscheinung darzustellen, so kann man wohl auch die Mittel der einzelnen Gruppen berechnen.

Regenfall.

Verdunstung

von

500

600

700

800 mm = 500:800

A + CII

209

221

234

= 42

37

33

BI + BII + OI

246    = 100 :113

31 °/o-

386

437

484

73

69

538    = 100:139

67 o/₀.

CIII . .

CO O

t-H

528

522

516

88

75

= 100:98,5

65°/₀.

Bei steigender jährlicher Regenhöhe steigt die Grösse der Verdunstung bei den Bracheparzellen — absolut gemessen — nur wenig; die der freien Wasserfläche sinkt sie so wenig, dass man sie wohl als annähernd konstant annehmen kann; dagegen steigt die des mit Gras bestandenen Landes von 100 auf 139. Feuchte Jahre begünstigen den Graswuchs sehr und die starke Vegetation verbraucht viel Wasser.

Die relative Grösse der Verdunstung im Verhältnis zum Regenfall sinkt aber in allen drei Reihen, am wenigsten bei dem mit Gras bestandenen Boden, am meisten bei der Wasserfläche.

Da in den verschiedenen Beobachtungsreihen verschiedene Böden benutzt sind, so lässt sich über die Höhe der durch das Gras allein bewirkten Verdunstung leider nichts Sicheres ermitteln; der Unterschied der zweiten und ersten Reihe beträgt für

500

177

O CO

INS

800 mm Regenhöhe 292 mm.

Rechnet man 320 kg Wasser auf 1 kg produzierte Trockensubstanz, so könnten mittelst dieses verdunsteten Wassers folgende Mengen an Trockensubstanz erzeugt sein von 1 ha: 5530 kg, 6760 kg, 7800 kg, 9100 kg.

Im Winter sind, da infolge der niedrigen Temperatur die Verdunstung gering ist, die unter denselben Verhältnissen wie im ganzen Jahr gebildeten Sickerwassermengen wesentlich grösser als bei ersteren. Bei weitem am grössten sind sie, sowohl absolut als auch relativ, bei dem Sand CII, darauf folgt die Wasserfläche CIII und der Lehmboden in Brache A. Die mit Gras bewachsenen Böden lassen wesentlich geringere Mengen Wasser in die Tiefe sinken als die unbebauten Böden, was nicht nur auf das in milden Wintern lange anhaltende Wachstum des Grases, sondern auch auf die durch die Vegetation im Sommer bewirkte starke Austrocknung des Bodens zurückzuführen ist.

Die Verdunstung der Böden ist mit der der freien Wasserfläche nicht vergleichbar; die letztere beträgt für

200 300 400 92 119 146

500 mm Regenhöhe 173 „

=    «    40    37    35 °/₀.

Die scheinbare Verdunstung der Böden dagegen beträgt

im Mittel von A + CII

75    80    84    88    mm

„ BI + BII + CI .    .    154    188    223    257 „

oder Prozente

( 38    27    21    18 °/₀

\ 77    63    56 51 %

Im Sommer wird im schweren Boden A die Sickerwassermenge sehr gering, so dass sie bei 200 mm Regenfall nur noch ¹/₂%, im Sandboden unter denselben Verhältnissen dagegen noch 75 °/₀ beträgt. Dies erklärt die sommerliche Wasserarmut der Flüsse im Gebiet des schweren Bodens und die meist reichliche Sommerwassermenge derer im Gebiet des durchlässigen Bodens. Der Unterschied gegen den Winter ist beim schweren Boden sehr auffallend, aber nur recht mässig beim Sandboden. Bei weitem am geringsten ist die abfliessende Wassermenge bei der freien Wasserfläche; bei schwacher Regenhöhe reicht hier der Niederschlag bei weitem nicht aus, die Verdunstung zu decken, und auch in den nässesten Sommern fliesst kaum so viel Wasser ab, als von dem bebauten Boden, welch letzterer hier von allen die geringsten Sickerwassermengen liefert.

Die Verdunstung beträgt hier im Mittel:

Regenhöhe..........

A + CII Brache........

BI-f-BII + CI bebauter Boden .    .

CII Wasserfläche........

200    300 125 151

201    260

400

500 mm 203 „ 368 „

406    391    376    361 „

62

oder in Prozenten der Regenhöhe .    .

100

23 S

44    41 o/₀

78    74 „

72 o/o

Auch hier ist die Verdunstung der Böden mit der Wasserfläche nicht vergleichbar. Bei geringer Niederschlagshöhe verdunstet letztere sehr viel mehr Wasser, als der Regen liefert; noch bei 300 mm Sommerregen beträgt die Verdunstung selbst im englischen Klima 390 mm. Hieraus erklärt sich der geringe Erfolg, den man erreicht hatte, als man versuchte, im trocknen Klima Winterwasser in flachen Becken für die wasserknappe Zeit des Hochsommers und Herbstes aufzuspeichern, wie z. B. für Schiffahrtszwecke in den Seen der oberen Netze in Posen.

203    130    94

Wie das Verhältnis zwischen Regenfall und Sickerwasser in den einzelnen Monaten und bei verschiedenen mittleren monatlichen Regenhöhen sich gestaltet, lässt sich am besten aus den Zeichnungen der Sickerwasserflächen auf Taf. X, Fig. 13 ersehen; die Tabelle X ist davon gewissermassen ein Auszug, wobei noch die sich ähnlich verhaltenden Monate November bis Februar und Mai bis Juli in ein Mittel zusammengefasst sind.

Die Sickerwasserflächen von A (Rothamsted, Lehmboden), CI (grober Sand vonGreaves), welche beide unbebaut blieben, und die Wasserfläche CIII zeigen einen ähnlichen Verlauf der Sickerwasserbildung, ebenso wie die drei anderen mit Gras bestanden gewesenen Böden.

Die Linie, welche die Punkte bezeichnet, bis zu denen die Regenhöhe im Monatsmittel steigen muss, damit überhaupt sich Sickerwasser bildet (mit Sickerwasser = 0 bezeichnet), liegt bei CII ganz in der Nähe der Achse; ihre höchsten Punkte liegen bei 1 und 1,5 cm Regenhöhe; überall liegt diese Linie unterhalb der geringsten beobachteten Regenhöhe, die in der Figur mit Punkten bezeichnet ist. Der Fall, dass in einem Monat die mittlere Sickerwassermenge Null würde, kommt danach überhaupt nicht vor. Bei CIII dagegen liegt der Scheitelpunkt, der in den Monat Juli fällt, bei 8 cm Regenhöhe. Unterhalb dieser Linie ist die Sickerwassermenge negativ, d. h. die Verdunstung übersteigt den Regenfall. In den Monaten März bis November liegt die Linie höher als der geringste monatliche Regenfall; sie zeigt, dass in allen diesen Monaten die Sickerwassermenge Null und negativ wird; bloss in den Monaten Dezember bis Februar kommt das nicht vor, die mittlere Verdunstung ist hier kleiner als der kleinste beobachtete Regenfall.

In dem Versuche A mit Lehmboden nimmt die Grenzlinie der Sicker

wasserbildung im Vergleich zu CII und CIH eine mittlere Lage ein.

Die Schichtenlinien der Zeichnungen ausserhalb der Nulllinien bestimmen nun die Höhe des Sickerwassers in den einzelnen Monaten, ähnlich wie die Horizontalkurven einer topographischen Karte die Höhen des Terrains.

Die Entfernung der Linien voneinander, welche bei einer Karte das Mafs für das relative Gefälle der Terrainoberfläche ist, ist in unserer Figur

Tabelle X.

Durchschnittliche monatliche Sickerwasserhöhen in Millimetern.

Regenhöhe:

September

Oktober

November

Dezember

Januar

Februar

März

April

Mai

Juni

Juli

August

öS

a>

p-

t-l

O-

ct>

pq

© © © © © CM lO © CO CO tH 1—I tH

10

10

48

71

94

18

39

61

83

88

115

CO o

Ol ©

CO l> CO

114

H H CO CO »o co

CII grober Sand, nackt.

20

11

10

15

21

17

14

12

50

36

42

45

41

* 38

36

37

100

76

95

95

74

72

74

79

130

100

128

125

92

104

CIII freie Wasserfläche.

20

— 24

— 20

— 34

50

100

63

+ 17

84

34

80

+ 22

—    65

—    29

65

130

95

124

106

BI Kalkboden mit Gras.

+ 51

+ 31

+ 67

—    45

—    20 + 22 + 46

co o o* CO

o o o o

O i—I    i—|

co

00 Ol CO O CO Ol

l—l 00

tH 00 CM CM

O <M rH 03 tH tH

BII Kalkkies mit Gras.

§ § 8 §

tH 1-1

10

28

40

11

35

34

16

77

77

36

104

O CO O- tH CM 'Cf

© CM i-H CO i-H tH

CI Boden mit Gras.

20

50

100

130

O H iO 1> 05

CO 05

00 CO 00 1-H CM CM

00 H CM    I

CM Tf iO I

05 CO CO    I

CO t> O) I

^ CO lO I    I

CM iO I    I

oo o

1H CO i tH vH I

(0^(000

das Mafs für die Intensität der Sickerwasserbildung; je näher die Linien zusammenrücken, ein um so grösserer Teil des Regens (oberhalb der Null-lmien gemessen) erscheint als Sickerwasser wieder; je weiter sie sich voneinander entfernen, um so stärker ist die Verdunstung und um so weniger Wasser versickert von einer bestimmten Regenmenge, die oberhalb der Nulllinien gemessen ist. Einen recht gleichmässigen Verlauf zeigen die Linien in Fig. CII; den grössten Abstand voneinander halten sie im März, welcher allmählich kleiner wird und ein Minimum erreicht im Oktober und November. Bei Versuch A ist die Entfernung der Schichtenlinien ein Minimum im Januar und ein Maximum im Juni. Bei CIII ist das Verhältnis aber anders: hier liegt die grösste Entfernung im Dezember, die geringste im August. Die Nulllinie steigt hier, wohl zumeist infolge der Bestimmung der wirklichen Verdunstung, so hoch hinauf, dass das Schema des Planes ein ganz anderes wird als bei den beiden vorigen Versuchen.

Die Mengen von Sickerwasser, die in den verschiedenen Versuchen unter denselben Bedingungen entstanden sind, sind ausserordentlich verschieden. So liefern z. B. 10 cm Regen im Monat Juli folgende mittlere Sickerwasserhöhen in Versuch

A = 3 cm, CII — 7 cm, CIII — 7,9 cm,

dagegen im Monat Dezember

A = 8,4 cm, CII = 8,8 cm, CIII = 7,9 cm.

Aus der Figur, die durch die Tabelle X kontrolliert wird, lassen sich leicht für alle Regenhöhen die mittleren Sickerwasserhöhen entnehmen, nur ist dabei nicht zu vergessen, dass die Genauigkeit der ganzen Darstellung wegen geringer Genauigkeit der Beobachtungsresultate nur eine beschränkte ist.

Nach ganz anderem Schema sind die Sickerwasserflächen des mit Gras bewachsenen Bodens geformt. Nur in den Monaten November bis März, in welchen der durch die Vegetation des Sommers ausgetrocknete Boden schon wieder mit Wasser gesättigt ist, ähnelt der Verlauf der Schichtenlinien denen der Versuche mit Brachland. Aber schon im April steigen die Linien steil aufwärts, da jetzt bereits ein grosser Teil der Niederschläge von dem wachsenden Grase aufgenommen und verdunstet wird. In den Monaten Mai bis September verbraucht die Vegetation die in dortiger Gegend in dieser Zeit ohnehin schwachen Niederschläge fast vollständig, so dass nur ganz ausnahmsweise bei länger anhaltenden und starken Niederschlägen ein wenig Sickerwasser entsteht, und dies wohl nur dadurch, dass ein Teil des überschüssigen Regenwassers durch die Spalten und grösseren Hohlräume des Bodens absickert, da von einer vollständigen Übersättigung der ganzen Bodenschicht doch nicht die Rede sein kann.

Im Verlaufe der ganzen Beobachtungsperiode, die für BI 32 Jahre, BII 25 Jahre und CI 14 Jahre umfasst, sind nur aufgeführt von den Monaten:

Mai

bei

PQ PP ö

Oi CO CJi

August September

Juni

Juli

Sickerwassermengen, welche mitunter noch so klein sind, dass sie sich sehr der Null nähern; und wenn man die Summe auf die Anzahl der Monate verteilt, so wird das Mittel so klein, dass es sich praktisch von Null nicht mehr unterscheidet. Demgemäss sind in die Figuren die entsprechenden Eintragungen gemacht, und es entsteht danach bei BI durchschnittlich im August und September kein Sickerwasser, im Juli nur bei sehr starken Regenfällen durchschnittlich weniger als 1 cm im Maximum; auch der Oktober hat noch nicht viel mehr als der Juli. Da im April, Mai und Juni ebenfalls nur sehr wenig Wasser versickert, so bleiben nur die Monate November bis März, in denen sich der Boden wieder mit Wasser sättigt und Wasser zur Speisung von Quellen und Grundwasser abgeben kann.

Ähnlich verhält sich auch BII, der Untergrund des Kalkverwitterungsbodens, nur ist die Durchlässigkeit desselben noch grösser als die von BI und infolge schlechterer Beschaffenheit wohl auch der Graswuchs wesentlich geringer gewesen als bei dem Ackerboden. Im Monat September sind in 20 Jahren 24 mm Sickerwasser entstanden, was in der Darstellung des Mittels zu Null angenommen wurde. Die Monate Oktober, Juli, Juni, auch Mai und April liefern etwas mehr Sickerwasser als die entsprechende Reihe des Versuches BI.

Die Sickerwasserfläche des Versuches CI von Greaves ist denen von BI und BII ähnlich, doch liegt das Minimum hier im Juli; in 13 Jahren sind in diesem Monate überhaupt nur einmal und zwar 3 mm Sickerwasser gemessen. Aber auch die im August und September entstandenen Mengen sind sehr gering; im ersteren Monate wurde 2mal gemessen 18 + 20 mm und im September 1 + 24 mm, so dass man auch hier annehmen könnte, dass in Wirklichkeit alles Regenwasser verdunstet. Die Monate Oktober, November und Dezember sind denen von BII ganz entsprechend, und auch die anderen Wintermonate unterscheiden sich nur wenig davon. In den Sommermonaten ist aber die Verdunstung wohl infolge besseren Graswuchses merklich stärker, und die Sickerwasserbildung dementsprechend schwächer als in BII, während die letztere in BI fast überall geringer ist. Wie auch schon oben aus den Mittelwerten abgeleitet, steht der Boden des Versuches CI nach seiner Durchlässigkeit zwischen denen von BI und BII.

Im Vorstehenden wäre die Aufgabe, das Verhältnis zwischen Regenhöhe und Sickerwassermenge zu bestimmen, gelöst, soweit es die benutzten Versuche gestatten. Es wäre nun noch zu erwägen, ob man diese Versuche nicht benutzen kann, um die Wassermenge zu bestimmen, welche durch eine systematische Röhrendrainage abgeleitet werden muss. Bei den Versuchen von Rothamsted, welches die bei weitem vollkommensten nach Anlage und Durchführung sind, findet die Bildung des Sickerwassers so statt, dass der auf die Oberfläche gefallene Regen die 50—150 cm starke Bodenschicht in senkrechter Richtung passiert und dann vom Trichter aufgefangen wird. Die Verhältnisse sind hier so, wie wenn ein Tonboden in der angegebenen Mächtigkeit auf einer wasserfreien Sandschicht lagert; für diese Bodenverhältnisse stellen also die Rothamsteder Versuche die bei der Bildung des Drainwassers vorhandenen Verhältnisse richtig dar. Wesent-

lieh anders liegen diese aber, wenn sehr tief stehender Tonboden durch Eöhrendrainage entwässert wird. Die Drains liegen dann 8—15 m voneinander entfernt; nur der Teil des Wassers, welcher auf die Oberfläche des bei Ausführung der Drainage hergestellten Draingrabens fällt, sickert in annähernd senkrechter Eichtung durch den Boden und fliesst in den Drains ab. Das Wasser, welches auf die anderen Teile der Ackeroberfläche fällt und in den Boden ein dringt, hat aber wesentlich längere Wege zu durchlaufen, ehe es in den Drain gelangen kann. Selbstverständlich braucht es für Zurücklegung dieses Weges auch mehr Zeit, zumal als auf ihm auch oft nicht wesentlich mehr Gefälle vorhanden ist als der senkrechte Abstand von der Bodenoberfläche bis zum Drain oder die Tiefe der Lysimeter. Ich habe deshalb auch bei den Lysimeter-Versuchen die Bezeichnung „Drainwasser“ absichtlich vermieden. Bei dem drainierten Boden dauert es wesentlich länger als bei den Lysimetern, bis dass das Eegenwasser, das der Boden nicht festhalten kann, in der Drainage abgeflossen ist; der Boden ist also im ersten Falle auch durchschnittlich feuchter, die Verdunstung grösser und die Drainwassermenge geringer als die der Lysimeter. Vor allem wenn der Boden in die Lysimeter eingefüllt ist — wenn auch gestampft —, muss der Unterschied gegen den natürlichen Boden sehr beträchtlich sein. Man kann deshalb annehmen, dass die in den Lysimetern entstandene Sickerwassermenge ein Maximum darstellt, welches im natürlichen Boden durchschnittlich kaum je erreicht wird.

Zuerst haben wohl Möllendorf, Wäge und John durch Lysimeter-versuche mit verschiedenen Bodenarten in der Nähe von Görlitz die Menge des Sickerwassers festgestellt und sind zu dem Eesultat gekommen, dass die Drainage bei undurchlassendem Boden 0,33 1 für 1 ha und Sekunde, bei durchlassendem Boden 0,45 1 abführen müsse. Die Versuche erstreckten sich über 12 Monate und waren in sehr primitiver Weise ausgeführt, in Kästen von einem Quadratfuss Oberfläche. Die genannten Versuchsansteller haben aber auch häufig die von den im natürlichen Boden liegenden Drainagen ausgeworfenen Wassermengen gemessen und gefunden, dass das Maximum 0,36—0,49 1 für 1 ha und Sekunde betrug. Diese Messungen sind an einer 3¹/₂ ha grossen Drainage in der Gemarkung Görlitz ausgeführt worden (Zeitschr. für deutsche Drainierung 1855, S. 11).

Es sind dann später mehrfach Versuche gemacht worden, die Menge des Wassers zu bestimmen, welches die Drainage abführen muss; es würde zu weit führen, diese alle aufzuführen, nur ein solcher von Wollny (Forschungen 19. Bd., S. 221) sei erwähnt. Er füllte fünf Lysimeter von 500 qcm Oberfläche und 1,05 m Tiefe mit verschiedenen Bodenarten, sättigte den Boden mit Wasser und bestimmte die daraus abfliessende Wassermenge.

Am wenigsten floss ab (5,29 1) von 500 qcm Fläche beim humosen Kalksand, welche Menge nach Vincents Annahme in 15 Tagen abgeführt werden muss, so dass, so schliesst W., vom Hektar in 1 Sekunde 0,816 1 abzuführen sind.

Solch hohe Abflussmengen sind aber in der Wirklichkeit sehr selten zu beobachten, und dann halten sie auch nur einen oder zwei Tage an, aber nicht 14 Tage hintereinander, wie W. annimmt. Schon hierdurch erscheint die ganze Aufstellung recht problematisch.

Zur vollständigen Sättigung braucht der Torfboden bei Wollny 805 mm, der Kalksand 450 mm Regenhöhe.

Die Sickerwassermenge, welche aus dem Torf abfliesst, beträgt nach Ws. Versuch 518 mm und für Kalksand 105 mm; diese Wassermasse soll in 14 Tagen durch die Drainage abgeleitet werden. In Breslau hat keiner der Wintermonate, die für Berechnung der Drainwassermenge nur in Betracht kommen, je solche Regenmengen und noch weniger solche Sickerwassermengen gebracht. Nach den Rothamsteder Versuchen beträgt das höchste Monatsmittel 58 mm Regen. Wenn in einem Monate wirklich einmal so viel Regen fallen sollte, als Ws. Sickerwasser bei Kalksand entspricht, so wird sicher ein grosser Teil davon oberirdisch ablaufen, und die Drainage wird auch sehr viel mehr Zeit haben zur Ableitung des Überschusses, als 14 Tage.

Der ganze Versuch entfernt sich in seiner ganzen Anordnung viel zu weit von der Wirklichkeit, als dass man daraus Schlüsse auf die Praxis ziehen könnte; will man ihn überhaupt gelten lassen, so kann man daraus höchstens schliessen, dass die Drainage in Wirklichkeit in unserem Klima bei weitem nicht die Wassermenge abzuführen braucht, die Wollny berechnet.

Durch seine gediegene Schrift „Die Drainage“ (1. Aufl. 1853) hat Vincent einen grossen Einfluss auf die Art der Projektierung und Ausführung dieser Melioration gewonnen. Er nimmt an, dass von dem grössten monatlichen Regenfall, den er zu 13 cm annimmt, 10 cm in 14 Tagen durch die Drainage abgeleitet werden müssten, was einer sekundlichen Lieferung von 0,76 1 von 1 ha entspricht.

Nach den Rothamsteder Versuchen gehört zu einer Regenhöhe von 130 mm eine Sickerwassermenge von 115 mm im Winter; da hier aber gar kein Wasser oberirdisch abfliessen kann, so erscheint Vincents Annahme von 100 mm Sickerwasser doch sehr hoch.

In Breslau ist der mittlere Regenfall 1850—1905 gewesen im Jan.    Febr.    März    April    Mai    Juni    Juli    Aug.    Sept.    Okt.    Nov.    Dez.

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Die Sommermonate April bis September kommen wegen der grossen Verdunstung für Berechnung der Drain wassermenge gar nicht in Betracht. Die höchsten monatlichen Regenhöhen betrugen in den 25 Jahren in den Wintermonaten

Oktober November Dezember Januar Februar März

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72

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Die von Vincent angenommene Maximum-Höhe von 130 mm ist in diesen Monaten bei weitem nicht erreicht, sie kann also auch gar nicht für Berechnung des Abflusses massgebend sein. Aber auch die oben angeführten höchsten Regenmengen brauchen wir nicht zu berücksichtigen, da sie viel zu selten Vorkommen.

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In der folgenden Tabelle ist zusammengestellt, wie oft Monats-Niederschläge von 70, 60 und 50 mm in den 330 Monaten der Beobachtungszeit vorgekommen sind:

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Auch Monate mit 70 mm Nierschlag sind noch viel zu selten (3,3 °/0 aller), als dass sie als massgebend anerkannt werden müssten; man würde also auf die mit 50 und 60 mm zurückgehen können. Es beträgt die Sickerwassermenge nach den Rothamsteder Beobachtungen

bei 70 mm Eegenhöhe 57 mm Sickerwasser = 0,53 1

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Abflussmenge für 1 ha und Sekunde, wenn man annimmt, dass diese monatliche Sickerwassermenge innerhalb 14 Tagen abgeführt werden müsste, immer für unser verhältnismässig trocknes Klima mit 500—650 mm jährlichem Niederschlag, aber jedenfalls höherer Verdunstung als Kothamsted gerechnet. Tatsächlich gaben auch schlesische Kulturtechniker in der ersten Zeit der Drainage, als noch Baum war für selbständiges Denken und Handeln (während heute alles nach Vorschrift und Schema F erledigt werden muss), folgende abzuführenden Wassermengen an:

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Stocken in Schweidnitz......

Möllendorf, Wäge und John 1854    .

Gropp in Isterbies........

erst Vincent ist auf.......

hinaufgegangen und die Generalkommission hat in der ersten Auflage ihrer „Anweisung“ die abzuführende Wassermenge zu 0,65 1 angenommen.

Nun beruft sich Vincent dafauf, dass, seine sehr zahlreichen Anlagen, die unter der Annahme einer sekundlichen Abflussmenge von 0,76 1 vom Hektar projektiert seien, gezeigt hätten, dass die Rohrweiten richtig bemessen sind. Demgegenüber ist aber festzustellen, dass die Formel, nach welcher er die Rohrweiten berechnet, ganz unrichtige Resultate liefert, und zwar fliesst durch eine Rohrleitung viel weniger Wasser, als die Berechnung ergibt, im Mittel vielleicht nur zwei Drittel der berechneten Menge. Daraus muss man aber rückwärts schliessen, dass die angenommene Abflussmenge

statt 0,76 etwa nur 0,76 x^ = 0,5 1 zu betragen braucht; und wenn die

Anweisung der Generalkommission 0,65 annimmt, so wird man vielleicht der Wirklichkeit auch näher kommen, wenn man dafür ²/₃ x 0,65, also etwa 0,45—0,50 1 einsetzt, womit man an den von Möllen dorf etc. für richtig erkannten Zahlen wieder angekommen wäre.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Formeln, welche man gewöhnlich benutzt, um die Weiten der Drainröhre zu berechnen, sehr ungenaue Resultate liefern. Vincent hat das Verdienst, als Erster den Weg gewiesen zu haben,

auf welchem man die Drainrolirweiten überhaupt in rationeller Weise annähernd bestimmen kann. Er legte die bereits 1796 von Eytelwein aufgestellte Formel für Wasserleitungsröhren zugrunde, nach welcher die mittlere Geschwindigkeit v berechnet wird aus der Länge der Leitung 1, dem Durchmesser d und dem absoluten Gefälle h:

für rhein. Fuss oder abgerundet v = 3,59Y^

v = 6,42|/

46,5. dh

50. dh

1 + 46,5 . d

1 + 50. d

für Metermafs.

Um diese Formel für Berechnung von Drainröhren geeignet zu machen, hat er in der zweiten Auflage seiner Schrift 1854 die bekannten Sicherheitskoeffizienten für Rohre:

d = 1"

3"

4"

Koeffizient = ²/₃

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⁵/e etc.

eingeführt und Tabellen für die schnelle Auswertung berechnet.

Die Nachfolger Vincents bis auf die allerletzten haben diese Formel immer wieder gewissenhaft abgeschrieben, auch versucht, sie zu verbessern; aber es scheint niemand aufgefallen zu sein, dass diese Formel doch eine ganz merkwürdige Form hat. Wenn man in Eytelweins Hydraulik, die als Quelle angeführt wird, nachsieht, so zeigt sich, dass Vincent leider eine falsche Formel genommen hat. Die absonderliche Form des Ausdrucks unter der Wurzel kommt daher, dass die Formel entwickelt ist unter der Bedingung, dass die Rohrleitung das Wasser aus einem Reservoir ableitet; die Konkraktion des Wasserstrahls am Anfang der Leitung ist mit berücksichtigt, und daher stammt auch die Form des Ausdrucks unter der Wurzel. Die richtige Formel für Bewegung des Wassers in einer einfachen Rohrleitung muss nach Eytelwein heissen:

für rhein. Fuss und

v = 44,+dh v = 25 für Metermafs.

Schon 1852 hat der Kulturtechniker Stocken in Schweidnitz aus

der Formel von Prony v = 26,3 eine solche für Berechnung der Drainrohrweiten abgeleitet:

v = 20Vdh

Auch diese gibt wohl die Geschwindigkeit auch noch zu gross an, vor allem für engere Röhren.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass sowohl die Wassermenge, welche bei Projektierung der Drainage als abzuführen angenommen wird, als auch die Formeln, welche zur Berechnung der Rohrweiten dienen, durchaus nicht einwandfrei resp. nachweislich falsch sind. Ich hatte diese beiden Übelstände schon Ende der achtziger Jahre festgestellt und mich auch bemüht, sie nach Möglichkeit zu verbessern, was nicht bloss theoretisch interessant, sondern auch für die praktische Ausführung von erheblicher Wichtigkeit ist, weil durch Verbesserung der Grundlagen dem ganzen Drain-

plan mehr Sicherheit gegeben und unnötiger Kostenaufwand für unnützerweise weite Hauptdrains vermieden wird. Ich habe deshalb bereits im Jahre 1890, als ich den kulturtechnischen Dienst in Rheinhessen übernahm, die für gewöhnlich abzuführende Wassermenge auf 0,4 1 für 1 ha und Sekunde und bei zu erwartendem stärkeren oberirdischem oder unterirdischen Zufluss auf 0,5 1 festgestellt, wobei mir damals die älteren wohlbegründeten Vorschläge, die auf ähnliches hinauslaufen, nicht bekannt waren. Es sind dann damals auch die für Berechnung der Rohrweiten nötigen Tabellen und zum ersten Male auch der Rechenschieber für diesen Zweck hergestellt und bei der Projektierung der ausgedehnten Genossenschaftsanlagen mit oft sehr grossen Drainsystemen verwendet worden. Die Rohre, von denen oft solche bis 30 cm Durchmesser zur Verwendung kamen, sind stets ausreichend gewesen, ja es hat mir oft geschienen, als ob sie immer noch überflüssig weit wären.

Im grossen und ganzen wurde das Vorstehende bereits mitgeteilt in einem am 19. Oktober 1904 im schlesischen Verein zur Förderung der Kulturtechnik gehaltenen Vortrage.

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